Náhodou jsem při hledání informací na internetu o některých součástkách narazil na jeden velmi zajímavý materiál zvaný AEROGEL, využívaný i v elektrotechnice. Pokud nevíte o co jde, jak to vypadá a chcete to vědět, podívejte se dále na krátký článek....
AEROGEL
je velmi zajímavý materiál pevného skupenství, vyznačující se velmi porézní
strukturou a malou hustotou. Prakticky je odvozen z klasické struktury gelu,
kde však místo vodní složky je složka plynová. Také se vyrábí z kapalného gelu
odpařením kapalné složky za nadkritické teploty a tlaku. Takový materiál se
vyznačuje velmi nízkou hmotností, velkou izolační schopností a modrou barvou.
Například 2.5 kg cihla by v případě aerogelu vážila asi jen okolo 2.38 gramů.
AEROGEL je průhledný, na pohmat prý lze přirovnat k polysterenu a na internetu
ho lze nalézt pod názvy: zmrzlý kouř/dým (frozen smoke), pevný kouř/dým (solid
smoke), modrý kouř (blue smoke).
AEROGEL byl vytvořen panem Stevenem Kistlerem již v roce 1931, jako výsledek sázky s Charlesem Learnedem o to, kdo bude schopen nahradit tekutinu v želatině v zavařovací sklenici bez ztráty jejího objemu. Prvnímu se to povedlo panu Kistlereovi a tak vznikl AEROGEL. Ten lze vyrábět z různých materiálů a postupně se dosáhlo aerogelu založeného na oxidu křemičitém (SiO2), oxidu cínu, hliníku, chromu. Naposledy byl vynalezen uhlíkový aerogel (v roce 1990), který se v elektrotechnice asi uplatňuje nejvíce.
Aerogel má typicky čtyřicetkrát lepší tepelné izolační vlastnosti než sklo (tep. vodivost jen 0.017 W/mK) a přitom váží jen jeho tisícinu. Dokáže zamezit prostoupení všech druhů přenosu tepla (vodivostí, radiací apod.). Zvuk jím téměř neprojde, podobně jako výborně tlumí vibrace. To je způsobeno strukturou materiálu s hustotou 1.9 až 150 mg/cm3, který je z 90 a 99.8 % tvořen vzduchem. Proto je také průhledný. Modrá barva je dána Rayleigho rozptylem světla na pórovité struktuře. Ta se tak podobá pórovité houbě složené ze sítě navzájem propojených nanočástic. Pokud se prý struktura stlačí jemně, po uvolnění se opět vrátí do původní polohy - nezanechá otisk, pokud je struktura stlačena silně, dojde k zanechání stopy po stlačení. Při dostatečně silném stlačení dojde k rozbití na palé části, podobně jako u skla (vlatsnost drobivost). Navzdory tomuto faktu jde o velmi odolný materiál, který unese zatížení rovnající se až 2000násobek vlastní váhy. Obdivuhodné nosné vlastnosti jsou způsobeny dendrickou mikrostruktůrou, ve které jsou kulové částice o velikosti 2 až 5 nm spojeny do clusterů. Tyto clustery tvoří třídimenzionální strukturu s póry menšími než 100 nm. Velikost a hustota porů může být řízena při výrobě.
Různé
druhy aerogelu mají odlišné vlastnosti:
- Křemičitý aerogel - velmi dobrý izolant pro přenos tepla vedením, protože
křemík je špatný vodič tepla
- Kovové aerogely - horší tepelné izolanty, ale jsou zase vodivé. Využívají
se jako katalizátory na vyčištění kovem dopované materiály.
- Uhlíkový aerogel - velmi dobře pohlcuje teplo šířící se radiací, protože uhlík dobře absorbuje infračervené záření
Nejlepší tepelný izolátor je tedy křemičitý aerogel s příměsí uhlíku. Pak ani plamen autogenu nezapálí sirku ležící na aerogelu (viz obrázek vedle). Jeho silné povrchové hydroskopické vlastnosti, způsobují silnou absorpci vody, čímž se porušuje struktura látky a např. na ruce může při dlouhém uchopení způsobit vznik suchých skvrn. Naopak lze vodou provádět "krájení" na části a úpravu kusů aerogelu.
Aerogel se obvykle vyrábí za zvláštních podmínek při vysokých tlacích. Proto i když je znám dlouhou dobu, začíná se pomalu uplatňovat až v současnosti. Zpočátku má aerogel podobu gelu z oxidu křemičitého (SiO2). Vlastnosti, jimiž připomíná želatinu, mu dodává příměs vody a kapalného oxidu uhličitého (CO2). Pak se však veškerá kapalná složka za obrovského tlaku z gelu odstraní. Vznikne tak těleso s miliardami již zmíněných dutých kuliček z křemíku, které drží nesmírně pevně svou strukturu obrovskou silou vazeb mezi molekulami. Celý tento proces se nazývá superkritické vysoušení a jedině během tohoto děje nedojde v křemičitém gelu k deformaci a zhroucení dutých křemičitých kuliček.
Závěr
AEROGEL je opravdu zajímavá věc a i kolegové, kteří tento materiál neznali, kroutily jen hlavou, co je všechno možné. Zároveň se v jednom z následujících článků k aerogelům částečně vrátíme, protože jsou součástí jednoho zajímavého druhu součástek, které se začínají objevovat na trhu.
~Zároveň bych chtěl všem čtenářům HW serveru popřát: "Veselé Vánoce a příjemné prožití svátků"~
Antonín Vojáček
vojacek@ hwg.cz
DOWNLOAD & Odkazy
Zajímavé webové stránky týkající se aerogelu:
